KR101940437B1 - A battery including at least two battery cells and an automobile - Google Patents

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베르톨트 헬렌탈
크리스티안 알만
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아우디 아게
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전기적 연결 요소(3)에 의해 서로 연결된 적어도 2개의 배터리 셀(2) 및 상위 제어 장치(6)를 포함하는 배터리(1)에 관한 것으로서, 상기 배터리 셀(2)의 각각은 적어도 하나의 갈바닉 요소, 상기 갈바닉 요소를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징, 상기 배터리 셀(2)의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치(7, 8, 9), 및 상기 상위 제어 장치(6)와 통신하기 위한 통신 장치(10, 11)를 포함하고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 배터리 셀(2)의 상기 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로의 그리고/또는 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로부터의 에너지 흐름을 제어하도록 설계된다. 본 발명은 또한 이러한 배터리(1)를 포함하는 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a battery (1) comprising at least two battery cells (2) and an upper control device (6) interconnected by at least one electrical connection element (3) At least one sensor device (7, 8, 9) for detecting the physical and / or chemical characteristics of the battery cell (2), and at least one sensor device And a communication device (10, 11) for communicating with the upper control device (6), wherein the upper control device (6) 2) and / or at least one of the battery cells (2). The present invention also relates to a vehicle comprising such a battery (1).

Figure R1020177025221
Figure R1020177025221

Description

적어도 2개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 및 자동차A battery including at least two battery cells and an automobile

본 발명은 적어도 하나의 전기적 연결 요소에 의해 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 셀 및 상위 제어 장치를 포함하는 배터리로서, 상기 배터리 셀의 각각은 적어도 하나의 갈바닉 요소, 상기 갈바닉 요소를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징, 상기 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치, 및 상기 상위 제어 장치와 통신하기 위한 통신 장치를 포함하는, 상기 배터리에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리를 포함하는 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to a battery comprising at least two battery cells and an upper control device interconnected by at least one electrical connection element, each of the battery cells comprising at least one galvanic element, a battery cell for receiving the galvanic element At least one sensor device for detecting the physical and / or chemical characteristics of the battery cell, and a communication device for communicating with the host control device. The present invention also relates to a vehicle comprising a battery.

각각의 배터리 셀을 배터리 또는 배터리 시스템에 전기적으로 연결하여 기계적으로 안전하게 고정시키는 것은 종래 기술로부터 이미 알려져 있다. 이러한 배터리는 오늘날 자동차를 구동하기 위해 예를 들어 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차와 같은 자동차의 구동 배터리로서 특히 사용된다. 그러나, 배터리가 자동차에서 사용될 때, 이들은 특정 요건을 충족시켜야 한다. 구동 배터리는 수백 볼트를 제공할 수 있기 때문에, 예를 들어 사람에 대한 위험을 회피하기 위해 특별한 안전 조치를 취해야 한다. 또한, 배터리의 높은 가용성이 보장되어야 한다. 이러한 가용성은 특히 배터리의 손상 정도 또는 노화 정도에 따라 달라진다. 배터리 셀은 내부 저항뿐만 아니라 커패시턴스에서도 제작에 따른 편차를 갖기 때문에, 일반적으로 충전 및 방전이 다른 속도로 진행된다. 이러한 경우, 개별 셀이 예를 들어 심하게 방전되거나 또는 과충전될 때, 배터리가 손상될 수 있다. 여기서 배터리 셀의 손상 또는 고장은 특히 배터리 셀의 직렬 연결에서 전체 배터리의 고장을 발생시킬 수 있다.It is known from the prior art that each battery cell is electrically connected to a battery or battery system to mechanically secure it. Such batteries are particularly used today as driving batteries for automobiles, such as electric cars or hybrid cars, for driving automobiles. However, when batteries are used in automobiles, they must meet certain requirements. Because the drive battery can provide hundreds of volts, special safety precautions must be taken, for example, to avoid hazards to humans. In addition, high availability of the battery should be ensured. This availability is particularly dependent on the degree of damage or aging of the battery. Since the battery cell has not only an internal resistance but also a variation depending on fabrication in terms of capacitance, charging and discharging generally proceed at different speeds. In this case, the battery may be damaged when the individual cells are, for example, heavily discharged or overcharged. Damage or failure of the battery cell may cause a failure of the entire battery, especially in the series connection of the battery cell.

배터리 또는 개별 배터리 셀을 모니터링하기 위한 수단이 종래 기술로부터 알려져 있다. 따라서, DE 10 2010 011 740 A1호는 개개의 배터리 셀의 상태가 센서에 의해 검출되고 상위 중앙 유닛으로 무선으로 송신되는 배터리를 개시한다. WO 2012/034045 A1호에서는 측정 장치가 배터리 셀 상에 또는 배터리 셀 내에 장착되는 배터리 모니터링 시스템을 설명한다. 또한 WO 2004/047215 A1호는 배터리의 수명을 연장시키기 위해 배터리의 물리적 특성을 모니터링하는 배터리 관리 시스템을 개시하고 있다.Means for monitoring a battery or an individual battery cell are known from the prior art. Thus, DE 10 2010 011 740 A1 discloses a battery in which the state of an individual battery cell is detected by a sensor and transmitted wirelessly to an upper central unit. WO 2012/034045 A1 describes a battery monitoring system in which a measuring device is mounted on or in a battery cell. WO 2004/047215 A1 also discloses a battery management system that monitors the physical characteristics of a battery to extend the life of the battery.

본 발명의 목적은 긴 수명을 갖는 특히 신뢰성 있는 배터리 및 그러한 배터리를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a particularly reliable battery having a long life and an automobile including such a battery.

이러한 목적은 본 발명에 따르면 독립 청구항에 따른 특징을 갖는 배터리 및 자동차에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속항, 발명의 상세한 설명 및 도면의 대상이다.This object is achieved according to the invention by means of batteries and automobiles having the features according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are subject matter of the dependent claims, the description of the invention and the drawings.

본 발명에 따른 배터리는 적어도 2개의 배터리 셀 및 상위 제어 장치를 포함한다. 상기 적어도 2개의 배터리 셀은 적어도 하나의 전기적 연결 요소에 의해 서로 연결된다. 배터리 셀의 각각은 적어도 하나의 갈바닉 요소, 상기 갈바닉 요소를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징, 상기 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치, 및 상기 상위 제어 장치와 통신하기 위한 통신 장치를 포함한다. 또한, 상기 상위 제어 장치는 상기 배터리 셀의 상기 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 상기 배터리 셀 중 적어도 하나로의 그리고/또는 상기 배터리 셀 중 적어도 하나로부터의 에너지 흐름을 제어하도록 설계된다.A battery according to the present invention includes at least two battery cells and an upper control device. The at least two battery cells are connected to each other by at least one electrical connection element. Wherein each of the battery cells includes at least one galvanic element, a battery cell housing for receiving the galvanic element, at least one sensor device for detecting the physical and / or chemical characteristics of the battery cell, Lt; / RTI > In addition, the host controller is designed to control energy flow to at least one of the battery cells and / or from at least one of the battery cells according to the physical and / or chemical characteristics of the battery cell.

각 배터리 셀의 갈바닉 요소는 특히 전기 부품에의 전력 공급을 위해 방전될 수 있고 방전 후에 다시 충전될 수 있는 2차 전지로서 설계된다. 여기서 갈바닉 요소는 알려진 방식으로 2개의 전극 및 전해질을 포함한다. 갈바닉 요소는 예를 들어 알루미늄으로 제작된 배터리 셀 하우징에 배치된다. 갈바닉 요소는 배터리 셀 하우징에 대해 전기적으로 절연될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 배터리 셀 하우징의 벽의 내측면과 갈바닉 요소 사이에 절연 재료가 배치될 수 있다. 배터리 셀 하우징은 2개의 단자를 포함하며, 갈바닉 요소의 각 전극은 각각의 단자에 전기적으로 연결된다.The galvanic element of each battery cell is specifically designed as a secondary battery that can be discharged for powering electrical components and can be recharged after discharge. Wherein the galvanic element comprises two electrodes and an electrolyte in a known manner. The galvanic element is disposed, for example, in a battery cell housing made of aluminum. The galvanic element may be electrically isolated to the battery cell housing. To this end, for example, an insulating material may be disposed between the inner surface of the wall of the battery cell housing and the galvanic element. The battery cell housing includes two terminals, and each electrode of the galvanic element is electrically connected to a respective terminal.

배터리 셀들의 전기적 연결을 위해, 배터리 셀들 중 제1 배터리 셀의 적어도 하나의 단자는 전기적 연결 요소에 의해 배터리 셀들 중 제2 배터리 셀의 단자에 연결된다. 전기적 연결 요소는 예를 들어 전류 레일로 구성될 수 있다. 이 경우 배터리 셀은 전기적으로 병렬로 그리고/또는 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 개별 배터리 셀이 배터리 모듈에 연결되고 배터리 모듈이 배터리에 연결되도록 제공될 수도 있다.For electrical connection of the battery cells, at least one terminal of the first one of the battery cells is connected to the terminal of the second one of the battery cells by an electrical connection element. The electrical connection element may be constructed, for example, of a current rail. In this case, the battery cells may be electrically connected in parallel and / or electrically in series. Also, individual battery cells may be connected to the battery module and the battery module may be provided to be connected to the battery.

각 배터리 셀의 적어도 하나의 센서 장치는 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하는 역할을 한다. 적어도 하나의 센서 장치는, 예를 들어, 배터리 셀 하우징 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 센서 및/또는 배터리 셀 하우징 내부의 압력을 검출하기 위한 압력 센서 및/또는 전해질의 화학적 조성을 검출하기 위한 화학 센서로서 설계될 수 있다.At least one sensor device of each battery cell serves to detect the physical and / or chemical characteristics of the battery cell. The at least one sensor device may be, for example, a temperature sensor for detecting the temperature inside the battery cell housing and / or a pressure sensor for detecting the pressure inside the battery cell housing and / or a chemical sensor for detecting the chemical composition of the electrolyte As shown in FIG.

각 배터리 셀의 통신 장치는, 예를 들어 데이터를 상위 제어 장치 및/또는 배터리의 다른 배터리 셀의 통신 장치로 송신하고 그리고/또는 데이터를 상위 제어 장치 및/또는 다른 배터리 셀의 통신 장치로부터 수신하는 무선 전송 장치, 예를 들어 무선 안테나로서 설계될 수 있다. 이러한 데이터는 예를 들어 각각의 배터리 셀의 적어도 하나의 센서 장치에 의해 검출된 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 블루투스 또는 WLAN을 통해 그리고 또한 초음파 또는 광 펄스를 통해 송신 및/또는 수신될 수 있다.The communication device of each battery cell may, for example, transmit data to the upper control device and / or the communication device of another battery cell of the battery and / or receive data from the upper control device and / May be designed as a wireless transmission device, for example a wireless antenna. Such data may include, for example, the characteristics detected by at least one sensor device of each battery cell. For example, the data may be transmitted and / or received via Bluetooth or WLAN and also via ultrasound or optical pulses.

무선 데이터 전송을 특히 안전하게 설계하기 위해, 보안 무선 연결로서, 예를 들어 배터리 셀과 상위 제어 장치 사이에, 양방향 데이터 교환을 위한 암호화된 전자기 호환 무선 연결이 제공될 수 있다. 무선 전송을 통해 데이터를 매우 신속하고 유연하게 전송할 수 있다.In order to design the wireless data transmission particularly securely, an encrypted electromagnetic compatible wireless connection for bi-directional data exchange may be provided as a secure wireless connection, for example between the battery cell and the host control device. Wireless transmission allows data to be transmitted very quickly and smoothly.

그러나, 또한, 데이터가 데이터 변조에 의해 라인 결합 방식으로, 예를 들어, 이더넷을 통해 전송되도록 제공될 수도 있다. 이를 위해 라인은 예를 들어 배터리 셀 단자 및 상위 제어 장치에 연결될 수 있다. 라인 결합 방식의 전송에 의해, 신뢰성 있고 간섭 없는 암호화된 데이터 교환이 유리한 방식으로 구현될 수 있다.However, the data may also be provided to be transmitted in a line-coupled manner, for example, via Ethernet, by data modulation. To this end, the line may be connected to, for example, a battery cell terminal and an upper control device. By transmission in a line-coupled manner, reliable and interference-free encrypted data exchange can be implemented in an advantageous manner.

적어도 하나의 센서 장치 및 통신 장치가 제공된 배터리 셀은 또한 지능형 배터리 셀 또는 스마트 셀로 지칭될 수 있다.A battery cell provided with at least one sensor device and a communication device may also be referred to as an intelligent battery cell or smart cell.

각각의 배터리 셀의 적어도 하나의 센서 장치 및 통신 장치는 여기서 바람직하게는 반도체 칩에 집적될 수 있다. 이와 같은 고도로 집적된 지능형 반도체 칩은 원칩 시스템 또는 SoP(system-on-a-chip)라고도 한다. 이러한 소형화에 의해, 적어도 하나의 센서 장치 및 통신 장치는 특히 각 배터리의 배터리 셀 하우징 내부에 또는 외부에 공간 절약 방식으로 배치될 수 있다. 따라서, 반도체 칩은 예를 들어 배터리 셀 하우징의 벽의 내측면과 갈바닉 요소 사이에 위치하는 배터리 셀 하우징 내부의 공동 내에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 반도체 칩은 배터리 셀 하우징에 열적으로 결합될 수 있어, 반도체 칩의 작동 중에 발생하는 열이 배터리 셀 하우징 및 더 나아가 주위로 방출될 수 있다. 배터리 셀 하우징 외부에서, 반도체 칩은 배터리 셀 하우징의 특히 돌출 또는 노출된 단자 사이에 특히 공간 절약 방식으로 배치될 수 있다.At least one sensor device and a communication device of each battery cell are preferably here integrated into the semiconductor chip. Such a highly integrated intelligent semiconductor chip is also referred to as a one-chip system or a system-on-a-chip (SoP). With this miniaturization, at least one sensor device and communication device can be arranged in a space-saving manner, particularly inside or outside the battery cell housing of each battery. Thus, the semiconductor chip may be disposed, for example, in a cavity inside the battery cell housing located between the inner side of the wall of the battery cell housing and the galvanic element. In this case, the semiconductor chip can be thermally coupled to the battery cell housing, so that heat generated during operation of the semiconductor chip can be released to the battery cell housing and further to the surroundings. Outside the battery cell housing, the semiconductor chip may be arranged in a particularly space-saving manner, in particular between the protruding or exposed terminals of the battery cell housing.

반도체 칩은 안전 기능 또는 보안 기능을 추가로 구비할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 배터리 셀이 소위 주문자 상표 부착 생산자(OEM)(Original Equipment Manufacturer)에 의해 제공되는 에너지 저장소 유닛인 것이 보장될 수 있다. 또한, 개별 식별 번호, 소위 ID 및 각 배터리 셀에 대한 추가 정보를 전자적으로 저장할 수 있다. 또한, 안전 기능을 갖는 반도체 칩은 배터리 셀의 남용 또는 고의적인 파괴를 검출하는데 사용될 수 있다. 반도체 칩이 배터리 셀 하우징 내부에 배치되면, 반도체 칩을 제거하기 위해서는, 배터리 셀을 파괴해야 한다. 이는 반도체 칩에 의해 인식될 수 있다. 그러면, 반도체 칩은 예를 들어 비가역적으로 비활성화될 수 있다.The semiconductor chip may further include a safety function or a security function. Thus, for example, it can be ensured that the battery cell is an energy storage unit provided by a so-called Original Equipment Manufacturer (OEM). Also, the individual identification number, the so-called ID and additional information for each battery cell can be electronically stored. In addition, a semiconductor chip having a safety function can be used to detect abuse or deliberate destruction of a battery cell. When the semiconductor chip is disposed inside the battery cell housing, in order to remove the semiconductor chip, the battery cell must be destroyed. Which can be recognized by the semiconductor chip. Then, the semiconductor chip can be irreversibly deactivated, for example.

상위 제어 장치는 스마트 셀 컨트롤러로서 구성될 수 있다. 이러한 경우, 상위 제어 장치는 예를 들어 5미터 이상의 거리를 통한 무선 통신을 통해 예를 들어 12-비트 어드레스를 처리하고 데이터 레코드를 교환하도록 설계된다. 또한, 상위 제어 장치는 데이터가 저장될 수 있는 메모리를 포함할 수도 있다. 또한, 상위 제어 장치는 배터리 관리 시스템과 통신할 수 있다.The host controller may be configured as a smart cell controller. In this case, the host controller is designed to process, for example, a 12-bit address and exchange data records via wireless communication over distances of, for example, 5 meters or more. Further, the host control apparatus may include a memory in which data can be stored. Further, the host controller can communicate with the battery management system.

제어 장치는 배터리 셀 중 적어도 하나로부터의 에너지 흐름, 즉, 배터리 셀 중 적어도 하나의 방전 및/또는 배터리 셀 중 적어도 하나로의 에너지 흐름, 즉, 배터리 셀 중 적어도 하나의 충전을 배터리 셀의 검출된 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 제어하도록 설계된다. 이러한 경우, 배터리 셀 중 하나로의 또는 배터리 셀 중 하나로부터의 에너지 흐름을 제어하기 위해 이러한 하나의 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성만이 고려되거나 또는 배터리의 다른 하나의 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성도 또한 고려되는 것이 제공될 수 있다.The controller controls the flow of energy from at least one of the battery cells, that is, the flow of at least one of the battery cells to at least one of the battery cells and / or at least one of the battery cells, And / or chemical properties. In this case, only the physical and / or chemical characteristics of this one battery cell are considered to control energy flow either to one of the battery cells or from one of the battery cells, or the physical and / Chemical properties may also be provided that are also considered.

일반적으로 제조상 발생하는 내부 저항 및 커패시턴스의 편차를 갖는 배터리 셀 각각의 에너지 흐름을 개별적으로 제어함으로써, 특히 배터리지 셀의 심한 방전 또는 과충전 및 이에 따른 전체 배터리의 손상을 회피할 수 있다. 따라서, 배터리의 수명 및 이에 따른 가용성이 상당히 연장될 수 있다.By separately controlling the energy flow of each of the battery cells having a variation in internal resistance and capacitance occurring in the manufacturing process, it is possible to avoid a serious discharge or overcharging of the battery cell and damage of the entire battery. Thus, the lifetime and thus the availability of the battery can be considerably extended.

바람직하게는 각각의 배터리 셀은 바람직하게는 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성을 저장하기 위한 저장 장치 또는 전자 메모리를 포함한다. 이러한 경우, 상위 제어 장치는 배터리 셀의 저장된 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 에너지 흐름을 제어하도록 설계된다. 이러한 저장 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 센서 장치 및 통신 장치와 함께 반도체 칩에 집적될 수 있다. 이러한 경우 저장 장치는 적어도 하나의 센서 장치와 통신하여, 적어도 하나의 센서 장치의 검출된 데이터가 저장 장치로 전송될 수 있다. 따라서, 배터리 셀의 수명에 걸친 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성을 포함하는 배터리 셀의 이력이 공급될 수 있다. 이러한 특성은 예를 들어 충전 상태(State Of Charge)(SoC), 활력 상태(State of Health)(SoH), 최대 전류값, 소위 전류 피크 또는 각 배터리 셀의 전류 그래프를 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 셀은 전체 수명 동안 모니터링될 수 있고, 따라서 에너지 흐름이 또한 각 배터리 셀의 수명 또는 노화에 유리한 방식으로 적응될 수 있다.Preferably, each battery cell preferably includes a storage device or electronic memory for storing the physical and / or chemical characteristics of the battery cell. In this case, the host controller is designed to control the energy flow according to the stored physical and / or chemical characteristics of the battery cell. Such a storage device may preferably be integrated into the semiconductor chip together with at least one sensor device and a communication device. In this case, the storage device communicates with the at least one sensor device so that the detected data of the at least one sensor device can be transferred to the storage device. Thus, the history of the battery cell including the physical and / or chemical characteristics of the battery cell over the lifetime of the battery cell can be supplied. Such characteristics may include, for example, a state of charge (SoC), a state of health (SoH), a maximum current value, a so-called current peak, or a current graph of each battery cell. Thus, the battery cells can be monitored for their entire lifetime, so that the energy flow can also be adapted in a manner that is beneficial to the life or aging of each battery cell.

전기적 연결 요소는 전기적 연결 요소의 상태 변수를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치 및 상위 제어 장치와 통신하기 위한 통신 장치를 포함하고, 상위 제어 장치는 에너지 흐름을 검출된 상태 변수에 따라 제어하도록 설계되는 것이 제공될 수 있다. 이러한 상태 변수는 전기적 연결 요소를 통하는 전류 및/또는 온도 및/또는 전위 및/또는 기계적 변형 및/또는 기계적 휨일 수 있다. 따라서, 예를 들어 전류 레일로서 구성된 전기적 연결 요소에 특히 통합된 센서 장치에 의해, 개개의 배터리 셀 사이의 상호 작용도 또한 유리한 방식으로 검출될 수 있다.The electrical connection element comprises at least one sensor device for detecting the state variable of the electrical connection element and a communication device for communicating with the host control device and the host control device is designed to control the energy flow according to the detected state variable May be provided. These state variables can be current and / or temperature and / or electrical potential and / or mechanical strain and / or mechanical warpage through the electrical connection element. Thus, the interaction between the individual battery cells can also be detected in an advantageous manner, for example by means of a sensor device, which is incorporated, for example, into an electrical connection element configured as a current rail.

바람직하게는, 상기 배터리 셀의 각각은 상기 갈바닉 요소의 전극과 상기 각 배터리 셀의 단자가 전기적으로 결합되게 하고 상기 갈바닉 요소와 상기 각 배터리 셀의 상기 단자 사이의 전류 흐름이 제어될 수 있게 하는 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함한다. 또한, 상기 상위 제어 장치는 상기 전극과 상기 배터리 셀 중 적어도 하나의 상기 단자 사이의 전류 흐름을 상기 에너지 흐름으로서 제어하도록 설계된다. 이러한 경우에, 각각의 전극은 스위칭 요소에 의해 각각의 단자에 결합될 수 있거나 또는 2개의 전극 중 하나만이 스위칭 장치에 의해 각각의 단자에 결합될 수 있다.Advantageously, each of said battery cells has at least an electrode for electrically connecting the electrodes of said galvanic element to said terminals of said battery cells and for allowing current flow between said terminals of said galvanic elements and said respective battery cells to be controlled, And one switching device. In addition, the host controller is designed to control the current flow between the electrode and the terminal of at least one of the battery cells as the energy flow. In this case, each electrode may be coupled to a respective terminal by a switching element, or only one of the two electrodes may be coupled to a respective terminal by a switching device.

스위칭 장치는 전자 스위칭 요소 또는 반도체 스위치로서 설계되는 것이 바람직하며, 전류 흐름이 전자 스위칭 요소를 통해 제어 전압에 의해 전자 스위칭 요소에서 제어될 수 있다. 즉, 이는 대응하는 제어 전압을 사전 설정함으로써 전극과 단자 사이의 전기 저항을 변경시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 경우, 상위 제어 장치는 전자 스위칭 요소를 제어하도록, 즉, 예를 들어 상응하는 제어 전압을 사전 설정하도록 설계된다.The switching device is preferably designed as an electronic switching element or a semiconductor switch, and the current flow can be controlled in the electronic switching element by the control voltage through the electronic switching element. That is, this means that the electric resistance between the electrode and the terminal can be changed by presetting the corresponding control voltage. In this case, the host controller is designed to control the electronic switching element, i. E., For example, to preset a corresponding control voltage.

예를 들어, 전력 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터) 또는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)로 설계될 수 있는 스위칭 요소는 제어 전압에 따라 다른 영역에서 동작할 수 있다. 전자 스위칭 요소가 차단 영역에서 동작할 때, 즉 제어 전압이 사전 설정된 임계값의 미만이면, 전자 스위칭 요소는 전극과 각각의 단자 사이의 전류 흐름을 차단하거나 또는 막는다. 전자 스위칭 요소가 선형 영역 또는 3극 영역에서 동작할 때, 전류 흐름은 제어 전압의 상승에 의해 선형적으로 증가할 수 있다. 전자 스위칭 요소가 포화 영역에서 동작할 때, 일정한 제어 전압으로부터 시작하여 단자와 전극 사이에 일정한 최대의 전류가 흐를 수 있다. 제어 장치는 이제 전자 스위칭 요소에 대한 배터리 셀의 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 제어 전압을 사전 설정하도록 설계된다.For example, a switching element, which can be designed as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), can operate in different regions depending on the control voltage. When the electronic switching element is operating in the blocking region, i. E. When the control voltage is below a predetermined threshold value, the electronic switching element blocks or prevents current flow between the electrode and the respective terminals. When the electronic switching element operates in a linear region or a triode region, the current flow can be increased linearly by the rise of the control voltage. When the electronic switching element operates in the saturation region, a constant maximum current can flow between the terminal and the electrode, starting from a constant control voltage. The control device is now designed to preset the control voltage according to the physical and / or chemical characteristics of the battery cell for the electronic switching element.

예를 들어 배터리 셀의 결함을 나타내는, 예를 들어 배터리 셀 하우징 내의 증가한 내부 압력 또는 상승한 온도가 배터리 셀 중 하나의 센서 장치에 의해 검출된 경우, 상위 제어 장치는 이 배터리 셀의 스위칭 장치를 차단 영역에서 동작시킬 수 있고, 이에 따라 이 배터리 셀의 전극과 단자 사이의 전류 흐름을 유리한 방식으로 차단할 수 있다.For example, when an increased internal pressure or an increased temperature in the battery cell housing, for example, indicating a defect in the battery cell, is detected by one of the battery cells, the upper control device disconnects the switching device of the battery cell from the blocking area So that the current flow between the electrodes and the terminals of the battery cell can be blocked in an advantageous manner.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배터리 셀의 각각은 상기 검출된 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 상기 각 배터리 셀의 손상 정도를 결정하도록 설계되는 평가 장치를 각각 포함한다. 상기 상위 제어 장치 및/또는 상기 평가 장치는 상기 각 배터리 셀의 상기 손상 정도에 따라 상기 각 배터리 셀의 상기 전극과 상기 단자 사이의 상기 전류 흐름을 제어하도록 설계된다. 평가 장치는 예를 들어 마이크로컨트롤러로 구현될 수 있으며 마찬가지로 반도체 칩에 통합될 수도 있다. 따라서, 센서 데이터는 배터리 셀 내부에서 즉시 평가될 수 있고, 예를 들어 평가된 센서 데이터가 미리 결정된 허용 오차 범위 밖에 있는 경우에만 상위 제어 장치로 전송될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the battery cells includes an evaluation device designed to determine the degree of damage of each battery cell according to the detected physical and / or chemical characteristics. The upper control device and / or the evaluation device are designed to control the current flow between the electrode and the terminal of each battery cell according to the degree of damage of each battery cell. The evaluation device may be implemented, for example, as a microcontroller and may also be integrated into a semiconductor chip. Thus, the sensor data can be evaluated immediately within the battery cell, and can be transmitted to the host controller only if, for example, the evaluated sensor data is outside a predetermined tolerance range.

따라서, 평가 장치는 바람직하게는 물리적 및/또는 화학적 특성에 따라 각각의 배터리 셀의 손상 정도 또는 노후화를 결정하도록 설계된다. 이러한 손상 정도는 통신 장치를 통해 상위 제어 장치로 통신되며, 상기 상위 제어 장치는 특히 스위칭 요소를 제어함으로써 전류 흐름을 제한한다. 또한, 평가 장치 자체가 스위칭 장치를 제어함으로써 전류 흐름을 제한하는 것이 제공될 수도 있다. 따라서, 각각의 배터리 셀에 대해 수명을 연장하는 온화한 동작이 제공될 수 있다.Thus, the evaluation device is preferably designed to determine the degree of damage or aging of each battery cell according to its physical and / or chemical properties. Such degree of damage is communicated to the host controller via the communication device, and the host controller particularly restricts the current flow by controlling the switching element. Further, the evaluation apparatus itself may be provided to limit the current flow by controlling the switching apparatus. Therefore, a mild operation that prolongs life for each battery cell can be provided.

본 발명의 일 개선예에 따르면, 상기 배터리 셀 각각의 센서 장치는 상기 각각의 배터리 셀의 충전 상태를 검출하도록 설계된다. 상기 상위 제어 장치는, 상기 배터리 셀의 상기 충전 상태를 서로 비교하고, 상기 충전 상태의 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 배터리 셀 중 적어도 하나로의 그리고/또는 상기 배터리 셀 중 적어도 하나로부터의 상기 에너지 흐름을 제어하도록 설계된다. 충전 상태 또는 커패시턴스를 검출하고 배터리 셀의 개별 충전 상태 또는 커패시턴스를 서로 비교함으로써, 충전 상태 보상, 소위 밸런싱이 수행될 수 있다. 충전 상태는 예를 들어 배터리 셀 전압을 검출함으로써 결정될 수 있다. 충전 상태 보상의 경우, 모든 배터리 셀이 통상적인 허용 오차를 고려하여 동일한 충전 상태를 가질 때까지 배터리 셀 중 적어도 하나의 에너지 흐름이 제어된다. 밸런싱을 통해, 배터리 셀 및 이에 따라 전체 배터리의 서비스 수명이 증가한다는 장점이 제공된다.According to one improvement of the present invention, the sensor device of each of the battery cells is designed to detect the state of charge of each of the battery cells. Wherein the upper control device is operable to compare the charge states of the battery cells with each other and to determine at least one of at least one of the battery cells and / And is designed to control the energy flow from one. Charge state compensation, so-called balancing, can be performed by detecting the state of charge or capacitance and comparing the individual state of charge or capacitance of the battery cell with each other. The state of charge can be determined, for example, by detecting the battery cell voltage. In the case of charge state compensation, the energy flow of at least one of the battery cells is controlled until all the battery cells have the same charge state, taking into account the usual tolerances. Balancing provides the advantage that the service life of the battery cell and thus the overall battery is increased.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리 셀의 각각은 특히 상기 각 배터리 셀 하우징에 열적으로 결합되는 저항 요소를 포함한다. 상기 상위 제어 장치는 상기 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 배터리 셀 중 적어도 하나의 상기 저항 요소를 상기 각각의 배터리 셀의 상기 갈바닉 요소의 상기 전극과 전기적으로 연결하도록 설계된다. 이 경우, 다른 배터리 셀에 비해 더 높은 충전 상태를 갖는 배터리 셀 또는 배터리 셀들이 저항 요소를 통해 의도한 대로 방전되는, 소위 수동 또는 소산 밸런싱(dissipative Balancing)이 수행된다. 이에 따라, 각 배터리 셀의 에너지는 저항 요소를 통해 열로 변환된다. 즉, 배터리 셀은 동일한 전압 레벨 또는 동일한 충전 상태로 밸런싱을 이룬다.In one embodiment of the present invention, each of the battery cells includes a resistive element thermally coupled to each of the battery cell housings in particular. The upper control device is designed to electrically connect the resistance element of at least one of the battery cells to the electrode of the galvanic element of each battery cell to adjust the charge state when the predetermined deviation is exceeded. In this case, so-called passive or dissipative balancing is performed in which battery cells or battery cells having higher charging states than other battery cells are discharged as intended through the resistance element. Thus, the energy of each battery cell is converted into heat through the resistive element. That is, the battery cells balance with the same voltage level or the same charging state.

이를 위해, 상위 제어 장치는 다른 배터리 셀에 비해 증가한 충전 상태를 갖는 배터리 셀 또는 배터리 셀들의 저항 요소를 갈바닉 요소의 전극에 연결하도록 설계된다. 이를 위해, 저항 요소는 예를 들어, 적어도 하나의 스위칭 요소를 통해 갈바닉 요소의 전극과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어 장치는 밸런싱을 위해 스위칭 요소를 폐쇄하도록 설계된다. 이 경우, 저항 요소는, 특히 배터리 셀 하우징 내부에 배치되고, 이에 따라 특히 공간 절약 방식으로 배치되고, 배터리 셀 하우징에 열적으로 결합된다. 저항 요소는 배터리 셀을 방전하기 위해 갈바닉 요소의 에너지를 열로 변환하기 때문에, 이러한 열은 배터리 셀 하우징으로 그리고 또한 배터리 셀의 주변으로 유리한 방식으로 방출될 수 있다. 따라서, 배터리 셀 하우징 내부의 온도가 너무 많이 상승하는 것을 방지할 수 있다.To this end, the host controller is designed to connect the resistance element of the battery cell or battery cells having an increased charging state relative to other battery cells to the electrodes of the galvanic element. To this end, the resistive element may be electrically connected to the electrode of the galvanic element, for example, via at least one switching element, and the control device is designed to close the switching element for balancing. In this case, the resistance element is arranged in particular within the battery cell housing, and thus in a particularly space-saving manner, and is thermally coupled to the battery cell housing. Since the resistive element converts the energy of the galvanic element to heat to discharge the battery cell, this heat can be released to the battery cell housing and also to the periphery of the battery cell in an advantageous manner. Therefore, the temperature inside the battery cell housing can be prevented from rising too much.

본 발명의 또 다른 유리한 실시예는 상기 적어도 2개의 배터리 셀은 상기 전기적 연결 요소에 의해 직렬로 연결되고, 상기 배터리 셀 하우징 중 제1 배터리 셀 하우징의 적어도 하나의 측벽 및 상기 배터리 셀 하우징 중 제2 배터리 셀 하우징의 적어도 하나의 측벽은 전기 전도성 재료를 포함하고, 상기 상위 제어 장치는 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 배터리 셀 하우징의 상기 측벽들 사이의 용량성 에너지 전달을 제어하도록 설계된다.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that said at least two battery cells are connected in series by said electrical connection elements and at least one of the side walls of the first battery cell housing of said battery cell housing and the second of said battery cell housings Wherein at least one side wall of the battery cell housing comprises an electrically conductive material and the upper control device controls a capacitive energy transfer between the sidewalls of the battery cell housing to adjust the charge state when the predetermined deviation is exceeded .

여기서 소위 능동 밸런싱이 수행된다. 이러한 경우, 바람직하게는 많이 충전된 배터리 셀의 에너지는 적게 충전된 배터리 셀로 전달된다. 따라서, 많이 충전된 배터리 셀은 방전되고 적게 충전된 배터리 셀은 많이 충전된 배터리 셀의 에너지로 충전된다. 여기서 직렬 접속된 배터리 셀은 2개의 인접한 배터리 셀 하우징의 전기 전도성 측벽에 의해 플레이트 커패시터가 형성되는 방식으로 서로에 대해 배치되고, 상기 플레이트 커패시터를 통해 용량성 에너지가 플레이트 커패시터에서 전기적 교번 자장을 생성함으로써 전달된다. 여기서 전기 전도성 측벽은 플레이트 커패시터의 전극을 형성한다. 측벽 사이에는, 플레이트 커패시터의 전극 사이에 유전체를 형성하는 전기적 절연이 존재할 수 있다. 여기서 측벽은 전기 전도성 재료, 예를 들어 필름으로 코팅되거나, 또는 전기 전도성 재료, 예를 들면 알루미늄으로 제조될 수 있다.Called so-called active balancing is performed. In this case, preferably the energy of the heavily charged battery cell is transferred to the less charged battery cell. Thus, a battery cell that is heavily charged is discharged, and a battery cell that is less charged is charged by the energy of a battery cell that is heavily charged. Wherein the series connected battery cells are arranged relative to each other in such a way that plate capacitors are formed by the electrically conductive sidewalls of the two adjacent battery cell housings and the capacitive energy through the plate capacitors creates an electrically alternating magnetic field in the plate capacitor . Wherein the electrically conductive sidewalls form the electrodes of the plate capacitor. Between the sidewalls, there may be electrical insulation that forms a dielectric between the electrodes of the plate capacitor. The side walls may be coated with an electrically conductive material, for example a film, or may be made of an electrically conductive material, for example aluminum.

배터리 셀 및 이에 따른 플레이트 커패시터의 직렬 접속 또는 체인 연결에 의해, 에너지는 배터리 셀로부터 인접한 배터리 셀로 동적으로 전달될 수 있다. 가변 전기장으로 인한 변위 전류에 기반하는 용량성 에너지 전달의 큰 장점은 예를 들어 열 형태의 손실이 거의 발생하지 않는다는 것이다.By means of the series connection or chain connection of the battery cells and therefore the plate capacitors, energy can be dynamically transferred from the battery cells to the adjacent battery cells. The great advantage of capacitive energy transfer based on the displacement current due to the variable electric field is that, for example, there is little loss of thermal form.

전체적으로 본 발명은, 배터리 셀 또는 스마트 셀의 상호 접속을 포함하는 배터리를 나타낸다. 스마트 셀 각각은, 각각의 셀에 관한 정보가 항상 이용 가능하고 따라서 배터리 셀의 상태를 항상 알 수 있게 하는 예를 들어, 센서 장치, 평가 장치 및 통신 장치 형태의 지능(intelligence)이 구비될 수 있다. 이러한 지능을 반도체 칩에 통합함으로써, 각 스마트 셀은 고 집적된 컴팩트한 에너지 저장 장치로 구성된다. 센서 장치, 평가 장치 및 통신 장치는 바람직하게는 초-저-전력 컴포넌트로서 설계되고, 이를 통해 특히 배터리 셀의 에너지 절약형 모니터링이 보장될 수 있다.Overall, the present invention represents a battery comprising interconnections of battery cells or smart cells. Each of the smart cells may be equipped with intelligence in the form of, for example, a sensor device, an evaluation device and a communication device, so that the information about each cell is always available and thus the status of the battery cell is always known . By integrating this intelligence into the semiconductor chip, each smart cell consists of a highly integrated compact energy storage device. The sensor device, the evaluation device and the communication device are preferably designed as ultra-low-power components, whereby energy-saving monitoring of the battery cell can be ensured in particular.

본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리를 포함한다. 자동차는 예를 들어, 개인용 자동차, 특히 전기 또는 하이브리드 자동차로서 설계될 수 있다. 그러나, 또한, 자동차는 전기적으로 구동되는 오토바이 또는 자전거로서 설계될 수도 있다.An automobile according to the invention comprises at least one battery according to the invention. An automobile can be designed, for example, as a personal automobile, particularly an electric or hybrid automobile. However, the automobile may also be designed as an electrically driven motorcycle or bicycle.

그러나, 또한, 고정 에너지 저장 시스템에 배터리를 제공하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 예를 들어, 자동차에 제공되었던 배터리가 고정 에너지 저장 시스템에서 소위 세컨드 라이프 배터리로서 재사용될 수 있도록 제공될 수도 있다.However, it is also possible to provide a battery in a fixed energy storage system. In such a case, for example, a battery which has been provided to an automobile may be provided so that it can be reused as a so-called second life battery in a fixed energy storage system.

본 발명에 따른 배터리를 참조하여 제공되는 바람직한 실시예 및 이들의 장점은 상응하게 본 발명에 따른 자동차에도 적용된다.The preferred embodiments provided with reference to the battery according to the present invention and their advantages are correspondingly applied to the automobile according to the present invention.

이하에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 그리고 바람직한 실시예를 기초로 하여 보다 상세히 설명된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following the invention will be explained in more detail with reference to the appended drawings and on the basis of preferred embodiments.

도 1은 배터리 셀을 구비하는 배터리의 개략적인 도면이다.1 is a schematic view of a battery having a battery cell.

이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 양호한 실시예이다. 그러나, 실시예에서, 실시예의 설명하는 구성 요소는 각각의 경우에 서로 독립적인 본 발명의 개별적인 특징을 나타내며, 상기 특징 각각은 또한 본 발명을 서로 독립적으로 개선하고, 따라서 또한 개별적으로 또는 도시된 것과 다른 조합으로 본 발명의 일부로서 제공된다. 또한, 설명하는 실시예는 본 발명의 이미 설명한 다른 특징을 통해 추가로 보완될 수 있다.The embodiments described below are preferred embodiments of the present invention. However, in an embodiment, the components described in the embodiments represent individual features of the invention that are independent of each other in each case, each of which also improves the invention independently of the other, Other combinations are provided as part of the present invention. Furthermore, the described embodiments may be further supplemented by other features of the invention that have already been described.

도 1은 단지 5개의 배터리 셀(2)만이 개략적으로 도시되어 있는 배터리(1)를 도시한다. 배터리 셀(2) 중에서 여기에는 배터리 셀 하우징만이 도시되어 있다. 배터리 셀 하우징 내부에는 갈바닉 요소가 각각 배치되어 있다. 배터리 셀(2)은 여기서 각각 전류 레일 형태의 전기적 연결 요소(3)를 통해 배터리(1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(2) 중 하나의 양극 단자(4)가 각각 인접한 배터리 셀(2)의 음극 단자(5)에 전기적으로 연결됨으로써, 배터리 셀(2)은 전기적 연결 요소(3)를 통해 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 배터리(1)는 상위 제어 장치(6)를 포함한다.1 shows a battery 1 in which only five battery cells 2 are shown schematically. In the battery cell 2, only the battery cell housing is shown. Galvanic elements are disposed inside the battery cell housing. The battery cells 2 can here be electrically connected to the battery 1 via electrical connection elements 3 in the form of current rails, respectively. In this case, the positive electrode terminal 4 of one of the battery cells 2 is electrically connected to the negative electrode terminal 5 of the adjacent battery cell 2, whereby the battery cell 2 is electrically connected through the electrical connecting element 3 They can be connected in series. Further, the battery 1 includes a host control device 6.

배터리 셀(1)의 각각은 배터리 셀(2)의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하는데 사용되는 적어도 하나의 센서 장치(7, 8, 9)를 포함한다. 이 경우, 센서 장치(7)는 각 배터리 셀(2)의 충전 상태를 검출하기 위한 충전 상태 센서로서, 센서 장치(8)는 각 배터리 셀(2)의 배터리 셀 하우징 내부의 온도를 검출하기 위한 온도 센서로서, 그리고 센서 장치(9)는 각각의 배터리 셀(2)의 배터리 셀 하우징 내부의 압력을 검출하기 위한 압력 센서로서 설계된다. 센서 장치(7, 8, 9)는 여기서 각각의 배터리 셀(2)의 배터리 셀 하우징 내부에 배치된다.Each of the battery cells 1 includes at least one sensor device 7, 8, 9 used to detect the physical and / or chemical characteristics of the battery cell 2. In this case, the sensor device 7 is a charge state sensor for detecting the charge state of each battery cell 2, and the sensor device 8 is a charge state sensor for detecting the temperature inside the battery cell housing of each battery cell 2 As a temperature sensor, and the sensor device 9 is designed as a pressure sensor for detecting the pressure inside the battery cell housing of each battery cell 2. The sensor devices 7, 8 and 9 are here arranged inside the battery cell housing of each battery cell 2.

또한, 배터리 셀(2)의 각각은 무선 안테나 형태의 통신 장치(10)를 포함한다. 배터리 셀(2)은 각각의 통신 장치(10)를 통해 상위 제어 장치(6)와 통신할 수 있다. 통신은 여기서 무선으로, 예를 들어 WLAN 또는 블루투스 등을 통해 수행된다. 그러나, 각각의 배터리 셀(2)이 각각의 라인(11)을 통해 상위 제어 장치(6)와 통신하도록 제공될 수도 있다. 이를 위해, 라인(11)은 예를 들어 배터리 셀(2)의 단자(4, 5) 중 하나와 연결될 수 있다. 라인(11)은 소위 이더넷 케이블일 수 있다. 따라서, 데이터는 상위 제어 장치(6)와 각각의 배터리 셀(2) 사이에서 "이더넷을 통한 전력"을 통해 전송될 수 있다. 라인(11)은 또한 전원 네트워크를 통해 데이터가 전송되는 소위 전력 라인일 수도 있다.In addition, each of the battery cells 2 includes a communication device 10 in the form of a wireless antenna. The battery cell 2 can communicate with the host control device 6 via each communication device 10. [ The communication is performed here wirelessly, for example via WLAN or Bluetooth. However, each battery cell 2 may be provided to communicate with the host control apparatus 6 via each of the lines 11. For this purpose, the line 11 may be connected to one of the terminals 4, 5 of the battery cell 2, for example. The line 11 may be a so-called Ethernet cable. Thus, the data can be transmitted through the "power over Ethernet" between the host controller 6 and each battery cell 2. [ Line 11 may also be a so-called power line through which data is transmitted over a power network.

또한, 각 배터리 셀(2)은 여기서 안전 기능(19) 또는 보안 기능을 포함하며, 이 안전 기능 또는 보안 기능을 통해 예를 들어 배터리 셀(2)이 소위 주문자 상표 부착 생산자(OEM)(Original Equipment Manufacturer)에 의해 제공되는 에너지 저장 유닛인 것이 보장될 수 있다. 여기에는, 또한, 개별 식별 번호, 소위 ID 및 각 배터리 셀(2)에 대한 추가 정보가 또한 전자적으로 저장될 수 있다.Each battery cell 2 also includes a safety function 19 or a security function here through which the battery cell 2 is connected to a so-called Original Equipment (OEM) It can be ensured that it is an energy storage unit provided by a manufacturer. Here, furthermore, the individual identification number, so-called ID and additional information for each battery cell 2 can also be stored electronically.

또한, 전기적 연결 요소(3)의 각각은 센서 장치(18), 및 상위 제어 장치(6)와 통신하기 위한 통신 장치(12)를 포함하는 것이 제공될 수도 있다. 통신 장치(12)에 의해 전기적 연결 요소(3)의 센서 장치(18)로부터의 데이터가 상위 제어 장치(6)로 전송될 수 있다. 이러한 데이터는, 예를 들어, 2개의 배터리 셀(2)의 단자(4, 5) 사이에서 전기적 연결 요소(3)를 통해 흐르는 전류, 또는 전기적 연결 요소(3)의 온도 또는 기계적 휨을 나타낼 수 있다.Each of the electrical connection elements 3 may also be provided with a sensor device 18 and a communication device 12 for communicating with the host control device 6. The data from the sensor device 18 of the electrical connection element 3 can be transmitted to the host control device 6 by the communication device 12. [ This data may indicate, for example, the current flowing through the electrical connection element 3 between the terminals 4, 5 of the two battery cells 2, or the temperature or mechanical warpage of the electrical connection element 3 .

제어 장치(6)는 이제 전송되는 데이터, 즉, 예를 들어 센서 장치(7, 8, 9)의 데이터 및/또는 전기적 연결 요소(3)에 관한 데이터를 수신하고, 이들 데이터에 따라 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로부터의 그리고/또는 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로의 에너지 흐름을 제어하도록 설계될 수 있다. 또한, 예를 들어 버스 연결부(20)를 통해 상위 제어 장치(6)가 여기에 도시되지 않은 배터리 관리 시스템과 통신하는 것이 제공될 수도 있다.The control device 6 is now able to receive the data to be transmitted, for example the data of the sensor devices 7, 8, 9 and / or the electrical connection element 3, 2) and / or at least one of the battery cells (2). It may also be provided, for example, via the bus connection 20 that the host control device 6 communicates with a battery management system not shown here.

또한, 각 배터리 셀(2)은 센서 장치(7, 8, 9) 자체의 데이터의 평가를 수행하도록 설계된 여기에 도시되지 않은 평가 장치를 포함하는 것이 제공될 수도 있다. 또한, 상위 제어 장치(6)에 의해 연산이 수행되고, 오직 결과만이 각 배터리 셀(2)의 평가 장치로 전송되는 것이 제공될 수도 있다.Each battery cell 2 may also be provided with an evaluation device not shown here which is designed to perform evaluation of the data of the sensor devices 7, 8 and 9 themselves. It may also be provided that the calculation is performed by the host controller 6 and only the results are transmitted to the evaluation device of each battery cell 2. [

평가 장치에 의해, 예를 들어, 임피던스 분석 또는 임피던스 현미경검사(microscopy)가 배터리 셀(2) 각각에 대해 수행될 수 있으므로, 예를 들어 각각의 배터리 셀(2)의 내부 저항에 관한 정보가 획득될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 에너지 흐름이, 특히 배터리(1)의 모든 배터리 셀(2)의 평형 부하를 보장하기 위해, 각각의 배터리 셀(2)의 내부 저항에 적응될 수 있다. 또한, 충전 컬럼, 즉, 충전 에너지를 제공하는 장치에는 배터리 셀(2) 각각의 실제 상태, 예를 들어 활력 상태(SoH)에 대해 능동적으로 통지될 수 있다. 따라서, 충전은 각각의 배터리 셀(2)의 상태에 동적으로 적응될 수 있고, 예를 들어, 배터리 셀(2)의 임계 상태의 경우에 능동적으로 스위칭 오프될 수 있다.For example, impedance analysis or impedance microscopy can be performed for each of the battery cells 2 by the evaluation device, so that information about the internal resistance of each battery cell 2, for example, . Thus, for example, the energy flow can be adapted to the internal resistance of each battery cell 2, in particular to ensure a balanced load of all the battery cells 2 of the battery 1. [ Further, the charging column, that is, the device providing the charging energy, can be actively notified of the actual state of each of the battery cells 2, for example, the energizing state (SoH). Thus, the charge can be dynamically adapted to the state of each battery cell 2 and can be actively switched off, for example, in the case of the critical state of the battery cell 2.

에너지 흐름을 제어하기 위해, 각각의 배터리 셀(2)은 스위칭 장치(13)를 포함할 수 있다. 스위칭 장치(13)는 전자 스위칭 요소 및/또는 릴레이를 포함할 수 있다. 예를 들어 상위 제어 장치(6)를 통해 제어 신호, 예를 들어 제어 전압이 제공됨으로써, 스위칭 장치(13)를 통해 특히, 배터리 셀 하우징 내의 갈바닉 요소와 동일한 배터리 셀(2)의 단자(4, 5) 사이의 전류 흐름이 제어될 수 있다. 스위칭 장치(13)에 의해, 특히 갈바닉 요소와 단자(4, 5) 사이의 전류 흐름이 제한되거나 또는 차단될 수 있다. 따라서, 스위칭 장치(13)는 공지된 퓨즈의 기능을 수행할 수 있다.To control the energy flow, each battery cell 2 may include a switching device 13. The switching device 13 may comprise an electronic switching element and / or a relay. A control signal, for example a control voltage, is provided via the upper control device 6, for example, to control the switching devices 13, particularly the terminals 4, 5 of the same battery cell 2 as the galvanic elements in the battery cell housing, 5 can be controlled. By means of the switching device 13, in particular the current flow between the galvanic element and the terminals 4, 5 can be limited or blocked. Thus, the switching device 13 can perform the function of a known fuse.

상위 제어 장치(6)는 스위칭 장치(13)에 의해 배터리 셀(2) 중 적어도 하나의 단자(4, 5)와 갈바닉 요소 사이의 전류 흐름을 에너지 흐름으로서 제어하도록 설계되는 것이 바람직하다. 전류 흐름은, 이 배터리 셀(2)의 전류 부하가 위험하게 나타날 때, 예를 들어 상위 제어 장치(6)에 의해 제어되는 스위칭 장치(13)에 의해 차단되거나 또는 중단될 수 있다. 이는 예를 들어, 배터리 셀 하우징의 압력이 압력에 대한 사전 설정된 임계값을 초과한 것으로 센서 장치(9)에 의해 검출되고 이 증가한 압력값이 예를 들어 배터리 셀(2)의 통신 장치(10)를 통해 상위 제어 장치(6)로 통신될 때 수행될 수 있다. 따라서, 상부 제어 장치(6)는 전류 흐름을 차단하도록 스위칭 장치(13)를 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어, 배터리 셀(2)이 배터리 셀(2)의 노후 또는 손상을 나타내는 활력 상태(SoH)를 포함할 때, 배터리 셀(2)의 전류 흐름은 제한될 수 있다.The upper control device 6 is preferably designed by the switching device 13 to control the current flow between the at least one terminal 4, 5 of the battery cell 2 and the galvanic element as an energy flow. The current flow can be interrupted or interrupted by the switching device 13 controlled by, for example, the host controller 6 when the current load of this battery cell 2 appears dangerous. This is achieved, for example, by detecting that the pressure of the battery cell housing has exceeded a predetermined threshold value for the pressure, and that this increased pressure value has been reached, for example by the communication device 10 of the battery cell 2, To the higher-level control device 6 via the communication network. Thus, the upper control device 6 can control the switching device 13 to interrupt the current flow. Also, for example, when the battery cell 2 includes the aging state SoH indicating the aging or the damage of the battery cell 2, the current flow of the battery cell 2 can be restricted.

스위칭 장치(13)는 또한 각 배터리 셀(2)의 평가 장치에 의해, 특히 각 배터리 셀(2)의 센서 장치(7, 8, 9)의 데이터에 따라 스위칭될 수 있다.The switching device 13 can also be switched by the evaluation device of each battery cell 2, in particular according to the data of the sensor devices 7, 8 and 9 of each battery cell 2. [

배터리(1)의 경우, 또한 복수의 배터리 셀(2)이 배터리 모듈에 병렬로 접속될 수 있고, 복수의 배터리 모듈이 함께 접속될 수 있다. 전력 반도체 요소로서의 스위칭 장치(13)의 실시예에서는, 또한, 배터리(1)의 이러한 실시예에서, 전류 레일의 각각의 길이 및 연결에 따라 각각의 단자(4, 5)뿐만 아니라 배터리 모듈 간의 전이부에도 있는 최종 전체 저항이 보상될 수 있는 것이 보장될 수 있다. 즉, 이는 각 배터리 셀(2)의 내부 저항이 스위칭 장치(13)에 의해 동적으로 조정될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 배터리 셀은 전체적인 저항 보상으로 인해 동일한 부하를 받게 되고, 이를 통해 장기간 균등하게 노후화된다.In the case of the battery 1, a plurality of battery cells 2 may be connected in parallel to the battery module, and a plurality of battery modules may be connected together. In this embodiment of the switching device 13 as a power semiconductor element, it is also possible, in this embodiment of the battery 1, to switch between the terminals 4, 5 as well as between the battery modules according to the respective lengths and connections of the current rails It can be ensured that the final total resistance in the part can be compensated. That is, this means that the internal resistance of each battery cell 2 can be dynamically adjusted by the switching device 13. Therefore, the battery cell is subjected to the same load due to the overall resistance compensation, and thus is evenly aged over a long period of time.

또한, 배터리 셀(2) 사이의 에너지 흐름이 배터리 셀(2)의 충전 상태 보상을 위해 제어될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(2) 중 하나의 센서 장치(7)에 의해 제1 충전 상태가 검출되고 다른 배터리 셀(2)의 센서 장치(7)에 의해 제1 충전 상태에 비해 더 큰 제2 충전 상태가 검출되면, 상위 제어 장치(6)는 제1 충전 상태와 제2 충전 상태 사이의 편차를 결정할 수 있다. 이러한 편차가 편차의 사전 설정된 임계값을 초과하면, 상위 제어 장치(6)는 밸런싱 또는 충전 상태 보상을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제2 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)은, 예를 들면 여기서 도시되지 않는 배터리 셀의 저항 요소를 통해 방전될 수 있다. 이를 위해, 상위 제어 장치(6)는 예를 들어 스위칭 요소에 의해, 제2 충전 상태가 제1 충전 상태와 일치하게 될 때까지 제2 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)의 갈바닉 요소의 전극에 저항 요소를 연결시킬 수 있다. 이는 수동 또는 소산 밸런싱이라고 한다.Further, the energy flow between the battery cells 2 can be controlled for compensating the state of charge of the battery cell 2. For example, the first charging state is detected by one of the battery cells 2 and the second charging state is detected by the sensor device 7 of the other battery cell 2, When the charging state is detected, the host controller 6 can determine the deviation between the first charging state and the second charging state. If this deviation exceeds a predetermined threshold value of the deviation, the host control device 6 can perform balancing or charge state compensation. For this purpose, the battery cell 2 having the second charging state can be discharged through the resistance element of the battery cell, for example, not shown here. To this end, the upper control device 6 is connected to the electrode of the galvanic element of the battery cell 2 having the second charging state, for example, by the switching element, until the second charging state coincides with the first charging state Resistance elements can be connected. This is called manual or dissipative balancing.

또한, 상위 제어 장치(6)는, 제2 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로부터 제1 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로의 에너지 흐름을 제어함으로써, 능동 밸런싱을 수행할 수 있다. 여기서, 제2 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로부터의 전기 에너지는 제1 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로 용량성으로 전달된다. 이를 위해, 배터리 셀(2)의 배터리 셀 하우징의 측벽(14)은 전기 전도성 재료(15)를 포함한다. 또한, 배터리 셀 하우징이 전기 전도성 재료(15), 예를 들어 알루미늄으로 이미 제조된 것이 제공될 수도 있다. 따라서, 2개의 상이한 배터리 셀(2)의 2개의 서로 대면하는 측벽(14)에 의해, 플레이트 커패시터가 형성된다. 여기서 측벽(14)은 플레이트 커패시터의 전극을 형성하고, 측벽(14) 사이에 배치된 절연 재료(16)는 플레이트 커패시터의 유전체를 형성한다. 이러한 플레이트 커패시터에 의해 용량성 에너지 전달(17)이 인접한 2개의 배터리 셀(2) 사이에서 수행될 수 있다. 이 경우, 용량성으로 에너지가 제2 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로부터 그 측벽(14)을 통해 제1 충전 상태를 갖는 배터리 셀(2)로 그 측벽(14)을 통해 전달된다. 용량성 에너지 전달(17)은 또한 복수의 배터리 셀(2)에 걸쳐 수행될 수도 있다. 배터리 셀(2)로부터 인접한 배터리 셀(2)로의 에너지 전달의 경우에는, 분배될 에너지 양을 각 배터리 셀(2)에 먼저 저장하고 이를 다시 추출하는 것이 요구되지 않으므로, 이를 통해 배터리 셀 화학에 의해 설정된 한계 밖에서 배터리 셀(2)을 작동시키는 것이 가능하다. 상호 연결된 플레이트 커패시터 배열을 통해, 분배될 에너지 양을 직접, 즉 배터리 셀(2)에 저장하지 않고, 다음 배터리 셀(2)에 동적으로 그리고 의도적으로 전달할 수 있다.The upper control device 6 can also perform active balancing by controlling the flow of energy from the battery cell 2 having the second charged state to the battery cell 2 having the first charged state. Here, the electric energy from the battery cell 2 having the second charged state is capacitively transferred to the battery cell 2 having the first charged state. To this end, the side wall 14 of the battery cell housing of the battery cell 2 comprises an electrically conductive material 15. It may also be provided that the battery cell housing is already made of an electrically conductive material 15, for example aluminum. Thus, the plate capacitor is formed by the two opposing side walls 14 of the two different battery cells 2. Where the sidewalls 14 form the electrodes of the plate capacitors and the insulating material 16 disposed between the sidewalls 14 forms the dielectric of the plate capacitors. Capacitive energy transfer 17 can be performed between two adjacent battery cells 2 by such a plate capacitor. In this case, capacitively, energy is transferred from the battery cell 2 having the second charging state via its side wall 14 to the battery cell 2 having the first charging state via its side wall 14. The capacitive energy transfer 17 may also be performed over a plurality of battery cells 2. In the case of energy transfer from the battery cell 2 to the adjacent battery cell 2, it is not required to first store the amount of energy to be distributed in each battery cell 2 and extract it again, It is possible to operate the battery cell 2 outside the set limit. Through the interconnected plate capacitor arrangement, the amount of energy to be distributed can be transferred dynamically and intentionally to the next battery cell 2, without being stored directly in the battery cell 2.

Claims (10)

적어도 하나의 전기적 연결 요소(3)에 의해 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 셀(2) 및 상위 제어 장치(6)를 포함하는 배터리(1)로서, 상기 배터리 셀(2)의 각각은 적어도 하나의 갈바닉 요소, 상기 갈바닉 요소를 수용하기 위한 배터리 셀 하우징, 상기 배터리 셀(2)의 물리적 특성과 화학적 특성 중 적어도 하나를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치(7, 8, 9), 및 상기 상위 제어 장치(6)와 통신하기 위한 통신 장치(10, 11)를 포함하는, 상기 배터리(1)에 있어서,
상기 상위 제어 장치(6)는 상기 배터리 셀(2)의 상기 물리적 특성과 화학적 특성 중 적어도 하나에 따라 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로의 또는 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나로부터의 에너지 흐름을 제어하도록 설계되고,
상기 전기적 연결 요소(3)는, 상기 전기적 연결 요소(3)의 상태 변수를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치 및 상기 상위 제어 장치(6)와 통신하기 위한 통신 장치(12)를 포함하며, 상기 상위 제어 장치(6)는 상기 검출된 상태 변수에 따라 상기 에너지 흐름을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).A battery (1) comprising at least two battery cells (2) and an upper control device (6) connected to each other by at least one electrical connection element (3), wherein each of the battery cells At least one sensor device (7, 8, 9) for detecting at least one of a physical characteristic and a chemical characteristic of the battery cell (2), and a battery cell housing A battery (1) comprising a communication device (10, 11) for communicating with a device (6)
The upper control device (6) controls the energy flow from at least one of the battery cells (2) to at least one of the battery cells (2) according to at least one of the physical and chemical characteristics of the battery cell Lt; / RTI >
Characterized in that the electrical connection element (3) comprises at least one sensor device for detecting the state variable of the electrical connection element (3) and a communication device (12) for communicating with the host control device (6) The upper control device (6) is designed to control the energy flow according to the detected state variable. 제1항에 있어서,
상기 배터리 셀(2)의 각각은 상기 배터리 셀의 상기 물리적 특성과 화학적 특성 중 적어도 하나를 저장하기 위한 저장 장치를 포함하고, 상기 상위 제어 장치는 상기 배터리 셀의 상기 저장된 물리적 특성과 화학적 특성 중 적어도 하나에 따라 상기 에너지 흐름을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).The method according to claim 1,
Wherein each of the battery cells (2) comprises a storage device for storing at least one of the physical and chemical characteristics of the battery cell, wherein the host control device has at least one of the stored physical and chemical characteristics of the battery cell And is designed to control said energy flow in accordance with one. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배터리 셀(2)의 각각은, 상기 각 배터리 셀(2)의 단자(4, 5)와 상기 갈바닉 요소의 전극이 전기적으로 결합되게 하고 상기 각 배터리 셀(2)의 상기 단자(4, 5)와 상기 갈바닉 요소 사이의 전류 흐름이 제어될 수 있게 하는 적어도 하나의 스위칭 장치(13)를 포함하고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나의 상기 단자(4, 5)와 상기 전극 사이의 전류 흐름을 상기 에너지 흐름으로서 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).3. The method according to claim 1 or 2,
Each of the battery cells 2 is electrically connected to terminals 4 and 5 of the battery cells 2 and electrodes of the galvanic elements so that the terminals 4 and 5 And at least one switching device (13) for allowing the current flow between said at least one of said battery cells (2) and said galvanic element to be controlled, said upper control device (6) , 5) and the electrode as the energy flow. 제4항에 있어서,
상기 배터리 셀(2) 각각의 상기 적어도 하나의 센서 장치(7, 8, 9)는, 온도를 검출하기 위한 온도 센서(8)와 각 배터리 셀(2)의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(7) 중 적어도 하나로서 설계되고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 각 배터리 셀(2)의 상기 온도와 상기 압력 중 적어도 하나에 따라 상기 각 배터리 셀(2)의 상기 단자(4, 5)와 상기 전극 사이의 전류 흐름을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).5. The method of claim 4,
The at least one sensor device 7, 8, 9 of each of the battery cells 2 comprises a temperature sensor 8 for detecting temperature and a pressure sensor 7 for detecting the pressure of each battery cell 2 The upper control device 6 is designed as at least one of the terminals 4 and 5 of each battery cell 2 in accordance with at least one of the temperature and the pressure of the battery cell 2. [ And said electrode is designed to control the flow of current between said electrode and said electrode. 제4항에 있어서,
상기 배터리 셀(2)의 각각은, 상기 검출된 물리적 특성과 화학적 특성 중 적어도 하나에 따라 상기 각 배터리 셀(2)의 손상 정도를 결정하도록 설계되는 평가 장치를 각각 포함하고, 상기 상위 제어 장치(6)와 상기 평가 장치 중 적어도 하나는, 상기 각 배터리 셀(2)의 상기 손상 정도에 따라 상기 각 배터리 셀(2)의 상기 단자(4, 5)와 상기 전극 사이의 상기 전류 흐름을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).5. The method of claim 4,
Each of the battery cells 2 includes an evaluation device designed to determine the degree of damage of each battery cell 2 in accordance with at least one of the detected physical characteristics and chemical characteristics, 6) and the evaluation device controls the current flow between the terminals (4, 5) of the battery cells (2) and the electrodes in accordance with the degree of damage of each battery cell (2) (1). ≪ / RTI > 제4항에 있어서,
상기 배터리 셀(2) 각각의 상기 적어도 하나의 센서 장치(7, 8, 9)는 상기 각각의 배터리 셀(2)의 충전 상태를 검출하도록 설계되고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 배터리 셀(2)의 상기 충전 상태를 서로 비교하고, 상기 충전 상태의 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 에너지 흐름을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).5. The method of claim 4,
Characterized in that the at least one sensor device (7,8,9) of each of the battery cells (2) is designed to detect the state of charge of each battery cell (2) Is designed to compare the state of charge of the cell (2) with each other and to control the energy flow to adjust the state of charge when a predetermined deviation of the state of charge is exceeded. 제7항에 있어서,
상기 배터리 셀(2)의 각각은 저항 요소를 포함하고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 배터리 셀(2) 중 적어도 하나의 상기 저항 요소를 상기 각각의 배터리 셀(2)의 상기 갈바닉 요소의 상기 전극과 전기적으로 연결하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).8. The method of claim 7,
Characterized in that each of said battery cells (2) comprises a resistive element and said upper control device (6) is adapted to control at least one of the resistance of at least one of said battery cells (2) Is designed to electrically connect an element to the electrode of the galvanic element of each battery cell (2). 제7항에 있어서,
상기 적어도 2개의 배터리 셀(2)은 상기 전기적 연결 요소(3)에 의해 직렬로 연결되고, 상기 배터리 셀 하우징 중 제1 배터리 셀 하우징의 적어도 하나의 측벽(14) 및 상기 배터리 셀 하우징 중 제2 배터리 셀 하우징의 적어도 하나의 측벽(14)은 전기 전도성 재료(15)를 포함하고, 상기 상위 제어 장치(6)는, 상기 사전 설정된 편차를 초과하면 상기 충전 상태를 조정하기 위해 상기 배터리 셀 하우징의 상기 측벽들(14) 사이의 용량성 에너지 전달(17)을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 배터리(1).8. The method of claim 7,
Wherein said at least two battery cells (2) are connected in series by said electrical connection element (3), and wherein at least one side wall (14) of a first one of said battery cell housings and a second one Wherein at least one side wall (14) of the battery cell housing comprises an electrically conductive material (15), said upper control device (6) And is designed to control capacitive energy transfer (17) between the sidewalls (14). 제1항 또는 제2항에 따른 적어도 하나의 배터리(1)를 포함하는 자동차.A vehicle comprising at least one battery (1) according to claim 1 or 2.
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